深入理解电容器@@的@@等效串联@@电阻@@@@@@(ESR)

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电容的@@等效串联@@电阻@@@@@@ESR

普遍的@@观点是@@@@:一@@个@@@@等效串联@@电阻@@@@@@(ESR)很小的@@相对@@较大容量@@的@@外部电容能很好地吸收快速转换时的@@峰值@@@@(纹波@@)电流@@。但是@@@@,有时这样的@@选择容易引起稳压器@@(特别是@@线性稳压器@@ LDO)的@@不稳定@@,所以必须合理选择小容量和@@大容量@@电容的@@容值@@@@@@。永远记住@@,稳压器就是@@一@@个@@@@放大器@@,放大器可能出现的@@各种情况它都会出现@@。由@@于@@ DC/DC 转换器的@@响应速度相对@@较慢@@,输出去耦电容在负载阶跃的@@初始阶段起主导的@@作用@@@@,因此需要额外大容量@@的@@电容@@来减缓相对@@于@@@@ DC/DC 转换器的@@快速转换@@,同时用@@高@@频电容减缓相对@@于@@大电容的@@快速变换@@。通常@@,大容量@@电容的@@等效串联@@电阻@@@@@@应该选择为@@合适的@@值@@@@,以便使输出电压@@的@@峰值@@和@@@@毛刺在器件的@@@@Dasheet 规定之内@@。高@@频转换中@@,小容量电容在@@ 0.01μF 到@@0.1μF 量级就能很好满足要求@@。表贴陶瓷电容或者@@多层陶瓷电容@@(MLCC)具有更小的@@@@ ESR。另外@@,在这些容值@@@@下@@,它们的@@体积和@@@@ BOM 成本都比较合理@@。如果局部低@@频去耦不充分@@,则从低@@频向高@@频转换时将引起输入电压@@降低@@@@。电压@@下降过程可能持续数毫秒@@,时间长短主要取决于稳压器调节增益和@@提供较大负载电流@@的@@时间@@。用@@ ESR 大的@@电容@@并联@@比用@@@@ ESR 恰好那么@@低@@的@@单个@@电容当然更具成本效益@@。然而@@@@,这需要你在@@ PCB 面积@@、器件数目与成本之间寻求折衷@@。

深入理解电容器@@的@@等效串联@@电阻@@@@@@(ESR)

电容器@@的@@主要技术指标有电容量@@、耐压值@@@@、耐温值@@@@。除了@@这三个@@主要指标外@@,其他指标中较重要的@@就是@@等效@@串联@@电阻@@@@@@(ESR)了@@。有的@@电容@@器上有一@@条金色的@@带状线@@,上面印有一@@个@@@@大大的@@空心字母@@“I”,它表示@@该电容属于@@LOW ESR低@@损耗电容@@。有的@@电容@@还会标出@@ESR值@@(等效串联@@电阻@@@@),ESR越低@@@@,损耗越小@@,输出电流@@就越大@@,电容器@@的@@品质越高@@@@。ESR 是@@Equivalent Series Resistance的@@缩写@@,即@@“等效串联@@电阻@@@@”。理想的@@电容@@自身不会有任何能量损失@@,但实际上@@,因为@@制造电容的@@材料有电阻@@@@,电容的@@绝缘介质有损耗@@。这个@@损耗在外部@@,表现为@@就像一@@个@@@@电阻@@跟电容串联@@在一@@起@@,所以就称为@@@@“等效串联@@电阻@@@@”。和@@ESR类似的@@另外@@一@@个@@@@概念是@@@@ESL,也就是@@等效@@串联@@电感@@。早期@@的@@卷制电感经常有很高@@的@@@@ESL,容量越大@@的@@电容@@@@,ESL一@@般也越大@@。ESL经常会成为@@@@ESR的@@一@@部分@@,并且@@ESL会引起串联@@谐振等现象@@。但是@@@@相对@@电容量来说@@,ESL的@@比例很小@@,出现问题的@@几率很小@@,后来由@@于@@电容制作工艺的@@提高@@@@,现在已经逐渐忽略@@ESL,而@@把@@ESR作为@@除容量@@、耐压值@@@@、耐温值@@@@之外选用@@电容器@@的@@主要参考因素了@@@@。 

    串联@@等效电阻@@@@@@ESR的@@单位是@@毫欧@@@@(mΩ)。通常@@钽电容的@@@@ESR通常@@都在@@100毫欧@@以下@@,而@@铝电解电容则高@@于这个@@数值@@@@,有些种类电容的@@@@ ESR甚至会高@@达数欧@@姆@@。ESR的@@高@@低@@@@,与电容器@@的@@容量@@、电压@@、频率@@及温度都有关系@@,当额定电压@@固定时@@,容量愈大@@ ESR愈低@@@@。同样当容量固定时@@,选用@@高@@的@@额定电压@@的@@品种也能降低@@@@ ESR;故选用@@耐压高@@的@@电容@@确实有许多好处@@;低@@频时@@ESR高@@,高@@频时@@ESR低@@;高@@温也会造成@@ESR的@@升高@@@@。 

    现在电子技术正朝着低@@电压@@高@@电流@@电路的@@设计方向发展@@,供应给元器件的@@电压@@呈现越来越低@@@@的@@趋势@@,但对@@功率的@@要求却丝毫没有降低@@@@。按@@P=UI的@@公式来计算@@,要获得同样的@@功率@@,电压@@降低@@了@@@@,那就必须得增大电流@@@@。例如@@INTEL、AMD的@@最新款@@CPU,电压@@均小于@@2V,和@@以前@@3、 4V的@@电压@@相比低@@得多@@。但另一@@方面这些芯片由@@于@@晶体管和@@频率@@的@@激增@@,需求的@@功耗却是@@增大了@@许多@@,对@@电流@@的@@要求就越来越高@@了@@@@。例如@@两颗功率都是@@@@70W的@@ CPU,前者电压@@是@@@@3.3V,后者电压@@是@@@@1.8V。那么@@,前者的@@电流@@@@I=P/U=70W/3.3V=21.2A;而@@后者的@@电流@@@@I=P/U=70W /1.8V=38.9A,将近是@@前者电流@@的@@两倍@@。在通过电容的@@电流@@越来越高@@的@@情况下@@,假如电容的@@@@ESR值@@不能保持在一@@个@@@@较小的@@范围@@,那么@@就会产生更高@@的@@纹波@@电压@@@@@@@@(理想的@@输出直流电压@@应该是@@一@@条水平线@@,而@@纹波@@电压@@@@则是@@水平线上的@@波峰和@@波谷@@),因此就促使工程师在设计时@@,要使用@@最小的@@@@ESR电容器@@。 

    ESR值@@与纹波@@电压@@@@的@@关系可以用@@公式@@V=R(ESR)×I表示@@。这个@@公式中的@@@@V就表示@@纹波@@电压@@@@@@,而@@R表示@@电容的@@@@ESR,I表示@@电流@@@@。可以看到@@@@,当电流@@增大的@@时候@@,即@@使在@@ESR保持不变的@@情况下@@,纹波@@电压@@@@也会成倍提高@@@@,因此采用@@更低@@@@ESR值@@的@@电容@@是@@势在必行的@@@@。此外@@,即@@使是@@相同的@@纹波@@电压@@@@@@@@,对@@低@@电压@@电路的@@影响也要比在高@@电压@@情况下更大@@。例如@@对@@于@@@@3.3V的@@CPU而@@言@@,0.2V纹波@@电压@@@@所占比例较小@@,不足以形成很大的@@影响@@,但是@@@@对@@于@@@@1.8V的@@CPU,同样是@@@@0.2V的@@纹波@@电压@@@@@@,其所占的@@比例就足以造成数字电路的@@判断失误@@。 

    例如@@《电子报@@》2007年第@@26期@@17版的@@@@《由@@NCP1200构成的@@@@12V、1A开关电源@@》的@@文章中@@,对@@开关变压器次级二@@极管整流后的@@@@LCπ型滤波器中电容@@C6、C7的@@要求就是@@@@“要选用@@等效串联@@电阻@@@@小的@@优质电解电容@@,等效电阻@@@@不仅会影响转换率还会影响输出纹波@@电压@@@@@@。” 

    ESR 是@@等效@@“串联@@”电阻@@,将两个@@电容串联@@@@,会使@@ESR值@@增大@@,而@@并联@@则会使@@之减小@@。因此在需要更低@@@@ESR的@@场合@@,而@@低@@@@ESR的@@大容量@@电容价格又相对@@昂贵的@@情况下@@,用@@多个@@@@ESR相对@@高@@的@@铝电解电容并联@@@@,形成一@@个@@@@低@@@@ESR的@@大容量@@电容也是@@一@@种常用@@的@@办法@@。很多开关电源@@采取的@@电容@@并联@@的@@策略@@,以牺牲一@@定的@@@@PCB空间@@,换来器件成本的@@减少@@。 

   不过一@@定等效串联@@电阻@@@@的@@存在也有好的@@方面@@。比如@@在稳压电路中@@,有一@@定@@ESR的@@电容@@,在负载发生瞬变的@@时候@@,会立即@@产生波动而@@引发反馈电路动作@@,这个@@快速的@@响应@@,以牺牲一@@定的@@@@瞬态性能为@@代价@@,获取了@@后续的@@快速调整能力@@,尤其是@@功率管的@@响应速度比较慢@@,而@@且在电容器@@的@@体积@@、容量受到@@严格限制的@@情况@@。这种情况多见于一@@些使用@@@@MOS管做调整管的@@三端稳压器或相似的@@电路中@@,采用@@太低@@的@@@@ESR电容器@@反而@@会降低@@整体的@@性能@@。

多个@@小电容并联@@@@取代大电解电容的@@作用@@@@

这种用@@法常见于开关电源@@部分@@,作用@@是@@高@@频滤波@@。多个@@电容并联@@主要是@@为@@了@@降低@@电容的@@等效阻抗@@,因为@@并联@@@@。用@@小容量的@@陶瓷电容代替了@@电解电容@@,增加了@@寿命@@。电解电容的@@寿命只有几千小时@@,而@@陶瓷电容的@@寿命有几十万小时@@。防止趋附效应的@@原理是@@增加导线的@@表面积@@@@。多个@@电容只能降低@@线路可靠性@@,而@@不可能增加大电容的@@高@@频性能很差@@。通常@@电容越大@@,其谐振频率@@越低@@@@@@@@。一@@旦超过谐振频率@@@@,电容将表现成一@@个@@@@电感@@,完全起不到@@滤波的@@作用@@@@,如果用@@@@N个@@小电容并联@@@@,由@@于@@每个@@小电容的@@谐振频率@@都很高@@@@,就没有这样的@@问题了@@@@,同样容量的@@电容@@@@,并联@@越多的@@小电容越好@@, 耐压值@@@@、耐温值@@@@、容值@@@@、ESR(等效电阻@@@@)等是@@电容的@@几个@@重要参数@@,对@@于@@ESR自然是@@越低@@@@越好@@。ESR与电容的@@容量@@、频率@@、电压@@、温度等都有关系@@。当电压@@固定时候@@,容量越大@@,ESR越低@@@@。在板卡设计中@@@@采用@@多个@@@@小电容并连多是@@出与@@PCB空间@@的@@限制@@,这样有的@@人就认为@@@@,越多的@@并联@@小电阻@@@@,ESR越低@@@@,效果越好@@。理论上是@@如此@@,但是@@@@要考虑到@@电容接脚焊点的@@阻抗@@,采用@@多个@@@@小电容并联@@@@@@,效果并不一@@定突出@@。 

●ESR越低@@@@,效果越好@@。 

结合我们上面的@@提高@@的@@供电电路来说@@,对@@于@@输入电容来说@@,输入电容的@@容量要大一@@点@@。相对@@容量的@@要求@@,对@@ESR的@@要求可以适当的@@降低@@@@。因为@@输入电容主要是@@耐压@@,其次是@@吸收@@MOSFET的@@开关脉冲@@。对@@于@@输出电容@@来说@@,耐压的@@要求和@@容量可以适当的@@降低@@一@@点@@。ESR的@@要求则高@@一@@点@@,因为@@这里要保证的@@是@@足够的@@电流@@通过量@@。但这里要注意的@@是@@@@ESR并不是@@越低@@@@越好@@,低@@ESR电容会引起开关电路振荡@@。而@@消振电路复杂同时会导致成本的@@增加@@。板卡设计中@@,这里一@@般有一@@个@@@@参考值@@@@,此作为@@金宝博@@手机登录@@ 选用@@参数@@,避免消振电路而@@导致成本的@@增加@@。 

●好电容代表着高@@品质@@。 

“唯电容论@@”曾经盛极一@@时@@,一@@些厂商和@@媒体也刻意的@@把这个@@事情做成一@@个@@@@卖点@@。在板卡设计中@@@@,电路设计水平是@@关键@@。和@@有的@@厂商可以用@@两相供电做出比一@@些厂商采用@@四相供电更稳定的@@产品一@@样@@,一@@味的@@采用@@高@@价电容@@,不一@@定能做出好产品@@。衡量一@@个@@@@产品@@,一@@定要全方位多角度的@@去考虑@@,切不可把电容的@@作用@@有意无意的@@夸大@@.

纹波@@电压@@@@,输出电容@@ESR

开关电源@@的@@输出纹波@@电压@@@@分两部分组成@@,其一@@是@@由@@电容充放电产生的@@容性纹波@@电压@@@@@@,其二@@为@@电容@@ESR产生的@@阻性纹波@@电压@@@@@@。 为@@了@@得到@@较小的@@由@@@@ESR产生的@@阻性纹波@@电压@@@@@@,听说可用@@多个@@@@电容并联@@起来@@,不知道若干个@@电容并联@@起来总的@@@@ESR具体如何变化@@,变小了@@我可以理解@@,但是@@@@变成什值@@了@@呢@@? 比如@@,一@@个@@@@470uF的@@电解@@电容的@@@@ESR为@@0.1欧@@,那两个@@电解并联@@起来@@ESR是@@不是@@就是@@@@0.05欧@@了@@@@,我现在有点疑问@@,不知道用@@低@@@@ESR的@@陶瓷电容跟电解电容并联@@起来@@,有没有同样的@@效果呢@@。比如@@,我输出@@,经过计算@@,纹波@@要求电容@@ESR低@@于@@0.01欧@@,那照前面的@@想法@@,可能需要好几个@@的@@电解@@电容才能达到@@要求@@,如果我选择使用@@一@@个@@@@电解电容@@,然后给它并联@@若干个@@陶瓷电容@@103或者@@104,有没有效果@@。

答@@:如果要求@@esr很低@@@@,一@@般是@@选择大容量@@的@@@@MLCC(MULTILAYER CERAMIC CHIP CAPACITOR),不必用@@@@N个@@104并联@@。

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1 多只并联@@@@,确实可以降低@@@@ESR  具体计算方法@@,跟电阻@@并联@@的@@@@。

2 可以选择低@@@@ESR的@@电解@@,不过价格比较贵@@。

3 也可以选择薄膜电容代替@@。

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不同类型的@@电容@@并联@@@@。等效的@@@@ESR和@@电容值@@@@都是@@跟频率@@相关的@@@@。不是@@简单的@@@@ESR/n,C×n的@@。通常@@小@@ESR小容量的@@和@@大@@ESR,大容量@@的@@电容@@并联@@@@。ESR和@@电容都介于二@@者之间@@。你说的@@电解@@电容并低@@@@ESR的@@瓷片@@,对@@减小纹波@@是@@有效果的@@@@。

滤波电路@@ 几个@@电容并联@@和@@一@@个@@@@大电容@@(容量相等@@@@)有什么不同吗@@?

答@@:两者电容容量是@@相等@@的@@@@。但是@@@@现实中电容是@@有等效串联@@电感和@@等效串联@@电阻@@@@寄生参数@@,一@@个@@@@电容可以看做下图的@@模型@@,一@@个@@@@大电容的@@@@ESL和@@ESR是@@要比小容量的@@电容@@大的@@@@,而@@在同容量下@@ESL和@@ESR的@@数值@@越小电容的@@滤波能力就越强@@,所以多个@@电容并联@@和@@一@@个@@@@容量相等@@@@的@@大电容的@@主要区别是@@@@,多个@@电容并联@@的@@@@ESL和@@ESR要比一@@个@@@@容量相等@@@@大电容要低@@很多@@,滤波能力更强@@。你不妨先认为@@小容量的@@电容@@@@(假设@@100u)的@@ESL和@@ESR跟大电容@@(200u)的@@ESL和@@ESR相等@@,然后两个@@小电容并联@@@@后其等效电容等于@@200u,但是@@@@其@@ESL和@@ESR因为@@并联@@@@而@@减半@@,所以两个@@小电容并联@@@@的@@滤波能力更强@@@@。假如是@@此时四个@@并联@@@@,那么@@ESL和@@ESR就是@@大电容的@@四分之一@@@@。希望能帮到@@你@@。

简谈电容使用@@的@@误区@@

1.电容容量越大@@越好@@?

很多人在电容的@@替换中往往爱用@@大容量@@的@@电容@@@@。我们知道虽然电容越大@@,为@@IC提供的@@电流@@补偿的@@能力越强@@。且不说电容容量的@@增大带来的@@体积变大@@,增加成本@@ 的@@同时还影响空气流动和@@散热@@。关键在于电容上存在寄生电感@@,电容放电回路会在某个@@频点上发生谐振@@。在谐振点@@,电容的@@阻抗小@@。因此放电回路的@@阻抗最小@@,补充能量的@@效果也最好@@。但当频率@@超过谐振点时@@,放电回路的@@阻抗开始增加@@,电容提供电流@@能力便开始下降@@。电容的@@容值@@@@越大@@,谐振频率@@越低@@@@@@,电容能有效补偿电流@@的@@频@@ 率范围也越小@@。从保证电容提供高@@频电流@@的@@能力的@@角度来说@@,电容越大越好的@@观点是@@错误的@@@@,一@@般的@@电路设计中都有一@@个@@@@参考值@@的@@@@。

2.同样容量的@@电容@@@@,并联@@越多的@@小电容越好@@?

耐压值@@@@、耐温值@@@@、容值@@@@、ESR(等效电阻@@@@)等是@@电容的@@几个@@重要参数@@,对@@于@@ESR自然是@@越低@@@@越好@@。ESR与电容的@@容量@@、频率@@、电压@@、温度等都有关系@@。当电压@@固定时候@@,容量越大@@,ESR越低@@@@。在板卡设计中@@@@采用@@多个@@@@小电容并连多是@@出与@@PCB空间@@的@@限制@@,这样有的@@人就认为@@@@,越多的@@并联@@小电阻@@@@,ESR越低@@@@,效果越好@@。理论上是@@如此@@,但是@@@@要考虑到@@电容接脚焊点的@@阻抗@@,采用@@多个@@@@小电容并联@@@@@@,效果并不一@@定突出@@。

3.ESR越低@@@@,效果越好@@?

相对@@容量的@@要求@@,对@@ESR的@@要求可以适当的@@降低@@@@。因为@@输入电容主要是@@耐压@@,其次是@@吸收@@MOSFET的@@开关脉冲@@。对@@于@@输出电容@@来说@@,耐压的@@要求和@@容量可以适当的@@降低@@一@@点@@。ESR的@@要求则高@@一@@点@@,因为@@这里要保证的@@是@@足够的@@电流@@通过量@@。但这里要注意的@@是@@@@ESR并不是@@越低@@@@越好@@,低@@ESR电容会引起开关电路振荡@@。而@@消振电路复杂同时会导致成本的@@增加@@。板卡设计中@@,这里一@@般有一@@个@@@@参考值@@@@,此作为@@金宝博@@手机登录@@ 选用@@参数@@,避免消振电路而@@导致成本的@@增加@@。

4.好电容代表着高@@品质@@?

“唯电容论@@”曾经盛极一@@时@@,一@@些厂商和@@媒体也刻意的@@把这个@@事情做成一@@个@@@@卖点@@。在板卡设计中@@@@,电路设计水平是@@关键@@。和@@有的@@厂商可以用@@两相供电做出比一@@些厂商采用@@四相供电更稳定的@@产品一@@样@@,一@@味的@@采用@@高@@价电容@@,不一@@定能做出好产品@@。衡量一@@个@@@@产品@@,一@@定要全方位多角度的@@去考虑@@,切不可把电容的@@作用@@有意无意的@@夸大@@。

文章来源@@:会编程的@@鱼@@的@@188bet金宝搏亚洲体育搏彩及真人@@

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